1Dipartimento di Fisica, Università di Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Giappone
2Centro internazionale per la fisica delle particelle elementari (ICEPP), Università di Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Giappone
3Divisione di Fisica, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720, USA
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Astratto
Non esiste un modo univoco per codificare un algoritmo quantistico in un circuito quantistico. Con conteggi di qubit, connettività e tempi di coerenza limitati, l'ottimizzazione di un circuito quantistico è essenziale per sfruttare al meglio i dispositivi quantistici a breve termine. Introduciamo un nuovo ottimizzatore di circuito chiamato AQCEL, che mira a rimuovere le operazioni controllate ridondanti dalle porte controllate, a seconda degli stati iniziali del circuito. In particolare, l'AQCEL può rimuovere i controlli qubit non necessari dalle porte multicontrollate nelle risorse computazionali polinomiali, anche quando tutti i qubit rilevanti sono in entanglement, identificando stati base computazionali di ampiezza zero utilizzando un computer quantistico. Come punto di riferimento, l'AQCEL è implementato su un algoritmo quantistico progettato per modellare la radiazione dello stato finale nella fisica delle alte energie. Per questo benchmark, abbiamo dimostrato che il circuito ottimizzato per AQCEL può produrre stati finali equivalenti con un numero di porte molto inferiore. Inoltre, quando si distribuisce AQCEL con un computer quantistico rumoroso su scala intermedia, produce in modo efficiente un circuito quantistico che approssima il circuito originale con alta fedeltà troncando gli stati di base computazionali di bassa ampiezza al di sotto di determinate soglie. La nostra tecnica è utile per un'ampia varietà di algoritmi quantistici, aprendo nuove possibilità per semplificare ulteriormente i circuiti quantistici in modo che siano più efficaci per i dispositivi reali.
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